(57)【要約】【課題】スプライン形状のように複雑な加工を行うことなく容易に加熱ローラと軸受との接触面積を削減して、軸受を介しての熱の逃げを抑えることができると共に、薄肉の加熱ローラのたわみ変形を効果的に抑制してさらなる薄肉化も図り得る、薄肉定着に好適な定着装置及び画像形成装置を提供する。【解決手段】加熱ローラとしてはたわみ変形する加熱ローラ用い、該加熱ローラと軸受との嵌合部分を工夫する。破線２０にて示すように、軸受内側部における、実線２１にてその外周の縦断面ラインが示される加熱ローラが付勢される側に、平面１２・１２を形成しておき、加熱ローラと軸受内側部との接触をこの平面１２・１２で接触させる構成とする。【選択図】  図１
2005055511.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加圧ローラが圧接されると共に熱源により加熱される中空の加熱ローラと、該加熱ローラの端部を回動自在に軸支する軸受とを具備する画像形成装置の定着装置において、
上記加熱ローラは、上記加圧ローラが圧接されることで圧接方向にたわみ変形し、かつ、
上記軸受の内側部における上記加熱ローラが付勢される側は、上記加熱ローラと少なくとも２つの、平面或いは加熱ローラ側に凸をなす曲面で接触するように形成されていることを特徴とする画像形成装置の定着装置。
【請求項２】
上記軸受における内側部の軸方向に垂直な方向の断面形状が略多角形形状であり、該多角形の内接円の直径が、上記加圧ローラからの加圧を受けることなく加熱された状態の上記加熱ローラの端部外径よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置の定着装置。
【請求項３】
上記軸受と上記加熱ローラとが、上記加熱ローラにおける軸方向に垂直な方向の断面から見て、上記加圧ローラが加熱ローラに接触している接触部位中央から加熱ローラの回動中心周りに１６５度以下の範囲で接触していることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置の定着装置。
【請求項４】
加圧ローラが圧接されると共に熱源により加熱される中空の加熱ローラと、該加熱ローラの端部を回動自在に軸支する軸受とを具備する画像形成装置の定着装置において、
上記加熱ローラは、上記加圧ローラが圧接されることで圧接方向にたわみ変形し、かつ、該加熱ローラの端部は、上記加圧ローラからの加圧を受けない状態での軸方向に垂直な方向の断面形状が、角に丸みがついた略多角形形状を有していることを特徴とする画像形成装置の定着装置。
【請求項５】
上記加熱ローラは、端部近傍の剛性が周方向に不均一とされることで形成されていることを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置の定着装置。
【請求項６】
請求項１〜５の何れかに記載の画像形成装置の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像形成装置の定着装置に関するものであり、詳細には、加熱ローラの肉厚を薄くし、待機時におけるローラの温度を低く設定しても、薄肉化による蓄熱量の少なさで、短時間に規定の定着温度に立ち上げられるようにした薄肉定着に好適な定着装置及び画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式の画像形成装置では、加熱ローラ及び加圧ローラの一対のローラ間にトナー像が転写された用紙を通過させることで該トナー像を溶融して用紙上に固着させる、定着処理を行うようになっている。このような定着処理を行う定着装置は、画像形成装置において最大の電力消費の部位であり、省電力化の要望には、この定着装置の電力消費を抑制することが効果的である。
【０００３】
そこで、近年、定着装置においては、“薄肉定着装置”の開発が進められている。薄肉定着とは、従来の加熱ローラの肉厚を薄くし、省電力化のために待機時におけるローラの温度を低く設定しても、薄肉化による蓄熱量の少なさで、短時間に規定の定着温度に立ち上げられるようにしたものである。
【０００４】
薄肉の加熱ローラとしては従来、肉厚１．０ｍｍ程度のアルミ製のローラが広く用いられていた。しかしながら、アルミ製ローラの場合、加熱ローラとして必要とされる強度の点から言って、これ以上の薄型化は困難であり、最近では、鉄製のローラが用いられるようになってきた。
【０００５】
鉄製ローラの場合、熱伝導はアルミ製ローラに比べて低下するものの、アルミ製ローラの約１／４〜１／５の０．２５〜０．２０ｍｍ程度にまで薄肉に形成することが可能であり、これにより、熱容量を効果的に小さくして、定着温度に立ち上げるまでの所要時間をより一層効果的に短縮することができる。
【０００６】
しかしながら、その反面、肉厚０．２５ｍｍの鉄製ローラの場合、その熱伝導が肉厚１ｍｍのアルミ製ローラの１／２０程度となるため、面方向への熱伝導が小さくなり、軸受と接触している加熱ローラ端部を介して軸受へと伝達される熱が多くなる。軸受への熱伝達は、省電力化の妨げになることもちろんのこと、加熱ローラの軸方向における温度ムラにもつながり、定着性の悪化を招来しかねない。
【０００７】
また、表１に、アルミと鉄の各物性（密度、比熱、熱伝導率、熱容量）と、直径４０ｍｍ：長さ３２０ｍｍの加熱ローラを、アルミと鉄とでそれぞれ形成した場合の、熱伝導、曲げ剛性、たわみ剛性を示す。
【０００８】
【表１】
2005055511.tif 000003
【０００９】
表１からわかるように、鉄製ローラからなる加熱ローラの場合、０．２５ｍｍと肉厚が非常に薄いため、たわみ剛性が肉厚１．０ｍｍのアルミ製ローラの１／２０程に低下するため、加熱ローラのたわみによる変形が問題となってくる。つまり、定着装置においては、加熱ローラは加圧ローラからの加圧力を常に受けているため、その加圧力にて軸方向に垂直な方向の断面形状が加圧方向に潰れた楕円状となる変形を生じてしまう。
【００１０】
また、特許文献１には、加熱ローラ両端部から軸受を介して外部に逃げる熱を少なくするために、加熱ローラの端部外周面或いは軸受内周面に、半径方向に突出する突部を円周方向に間欠的に形成する構成が記載されている。以下、このような半径方向に突出する突部が円周方向に間欠的に形成されている形状をスプライン形状と称する。
【００１１】
【特許文献１】
特開平３−１５３２８１号公報（平成３年７月１日公開）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載されている加熱ローラの端部外周或いは軸受内周をスプライン形状とする構成は、加工が複雑であるといった問題がある。また、特許文献１に記載されている技術は、薄肉定着を前提としていないため、上記したような肉薄の加熱ローラの変形については何ら着目していない。
【００１３】
本願発明は、上記課題に鑑みなされたものであって、その目的は、スプライン形状のように複雑な加工を行うことなく容易に加熱ローラと軸受との接触面積を削減して、軸受を介しての熱の逃げを抑えることができると共に、薄肉の加熱ローラのたわみ変形を効果的に抑制してさらなる薄肉化も図り得る、薄肉定着に好適な定着装置及び画像形成装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の定着装置は、上記課題を解決するために、加圧ローラが圧接されると共に熱源により加熱される中空の加熱ローラと、該加熱ローラの端部を回動自在に軸支する軸受とを具備する画像形成装置の定着装置において、上記加熱ローラは、上記加圧ローラが圧接されることで圧接方向にたわみ変形し、かつ、上記軸受の内側部における上記加熱ローラが付勢される側は、少なくとも２つの、平面或いは加熱ローラ側に凸をなす曲面で加熱ローラと接触するように形成されていることを特徴としている。
【００１５】
薄肉定着で用いられる薄肉の加熱ローラは、加圧ローラによる加圧にて加圧方向（付勢方向）にたわむ、たわみ変形を生じやすいことは既に説明した。加熱ローラがたわむと、加圧ローラが配されている側においては加熱ローラと軸受内側部とは接触しなくなるので、これによって、加熱ローラと軸受との接触面積を減らすことができる。
【００１６】
しかしながら、軸受内側部の縦断面（軸方向に垂直な方向の断面）形状が円形である場合など、加熱ローラが付勢される側の軸受内側部が加熱ローラの外周に沿った曲面である場合は、加熱ローラはその曲面に沿って変形するため、加圧ローラの配置側で接触しなくとも、その他の部分で広い面積で接触することとなる。
【００１７】
これに対し、上記構成では、軸受の内側部における加熱ローラが付勢される側で、少なくとも２つの、平面或いは加熱ローラ側に凸を成す曲面（以下逆曲面と称する）で接触する構成としているので、加熱ローラが付勢される側での加熱ローラと軸受内側部との接触は部分的なものとなり、軸受内側部が加熱ローラの外周に沿った曲面である場合のように、広い面積で接触することがない。
【００１８】
したがって、加熱ローラと軸受との接触面積をさらに減らすことができ、軸受を介しての熱の逃げを一層抑えることができる。そして、このような軸受の加工は、軸受内側部或いは加熱ローラ端部の外周をスプライン形状等とする加工に比べて容易である。
【００１９】
また、付勢された加熱ローラと軸受との接触が２面以上の平面或いは逆曲面で部分的に行われる構成は、加熱ローラが付勢される側の軸受内側部が加熱ローラの外周に沿った曲面である構成よりも、加熱ローラの端部におけるたわみによる変形を小さくすることができるといった利点もある。
【００２０】
これにより、スプライン形状のように複雑な加工を行うことなく容易に加熱ローラと軸受との接触面積を削減して、軸受を介しての熱の逃げを抑えることができると共に、薄肉の加熱ローラのたわみ変形を効果的に抑制してさらなる薄肉化も図り得る、薄肉定着に好適な定着装置を提供することができるといった効果を奏する。
【００２１】
本発明の第１の定着装置においては、さらに、上記軸受における内側部の軸方向に垂直な方向の断面形状が略多角形形状であり、該多角形の内接円の直径が、上記加圧ローラからの加圧を受けることなく加熱された状態の上記加熱ローラの端部外径よりも大きいことを特徴とすることもできる。
【００２２】
加圧ローラの加圧力にて加熱ローラの外形が変形しても、軸受内側部の縦断面形状である略多角形の内接円の直径が、加圧ローラからの加圧を受けることなく加熱された状態の加熱ローラ端部の外径と同等であれば加熱ローラの回転に支障をきたすことはない。
【００２３】
しかしながら、上記内接円の直径と上記加熱ローラ端部の外径とが同等であると、暖められた加熱ローラは軸受内側部に沿うように変形してしまい、接触面積が急激に増加するといった不具合が生じる。
【００２４】
そこで、このように上記内接円の直径を、上記加熱ローラ端部の外径よりも大きく形成しておくことで、このような不具合を確実に回避することができる。
【００２５】
本発明の第１の定着装置においては、さらに、上記軸受と上記加熱ローラとが、上記加熱ローラにおける軸方向に垂直な方向の断面から見て、上記加圧ローラが加熱ローラに接触している接触部位中央から加熱ローラの回動中心周りに１６５度以下の範囲で接触していることを特徴とすることもできる。
【００２６】
軸受と加熱ローラとの接触部位を加圧ローラの圧接位置（接触部位中央）から加熱ローラの回動中心周りに１６５度以下とすることにより、加熱ローラ端部の変形を低減することが可能となる。
【００２７】
この場合、より望ましくは回動中心周りの同角度を１４０度以下にすることであり、加熱ローラ端部の変形を７５％以下にすることができる。さらに望ましくは、１１５度以下にすることであり、加熱ローラ端部の変形を最小値の５０％にすることができる。
【００２８】
本発明の第２の定着装置は、上記課題を解決するために、加圧ローラが圧接されると共に熱源により加熱される中空の加熱ローラと、該加熱ローラの端部を回動自在に軸支する軸受とを具備する画像形成装置の定着装置において、上記加熱ローラは、上記加圧ローラが圧接されることで圧接方向にたわみ変形し、かつ、該加熱ローラの端部は、上記加圧ローラからの加圧を受けない状態での軸方向に垂直な方向の断面形状が、角に丸みがついた略多角形形状を有していることを特徴としている。
【００２９】
薄肉定着で用いられる薄肉の加熱ローラは、加圧ローラによる加圧にて加圧方向（付勢方向）にたわむ変形を生じやすいことは既に説明した。加熱ローラがたわむと、加圧ローラが配されている側においては加熱ローラと軸受内側部とは接触しなくなるので、これによって、加熱ローラと軸受との接触面積を減らすことができる。
【００３０】
しかしながら、加熱ローラ端部の縦断面形状が円形である場合、加熱ローラ端部は軸受内側部の曲面に沿って変形するため、加圧ローラの配置側で接触しなくとも、その他の部分で広い面積で接触することとなる。
【００３１】
これに対し、上記構成では、加圧ローラの加圧を受けない状態での上記加熱ローラ端部の縦断面形状を、角に丸みがついた略多角形形状としているので、加熱ローラ端部は曲面をなす軸受内側部と丸みを帯びた角部で接触しながら変形していくので、加熱ローラ端部の縦断面形状が円形である場合のように、広い面積で接触することがない。
【００３２】
したがって、加熱ローラと軸受との接触面積をさらに減らすことができ、軸受を介しての熱の逃げを一層抑えることができる。そして、このような加熱ローラ端部の縦断面形状を略多角形状とする加工は、軸受内側部或いは加熱ローラ端部の外周をスプライン形状等とする加工に比べて容易である。
【００３３】
また、付勢された加熱ローラと軸受との接触が加熱ローラ端部の角部を中心に部分的に行われる構成は、加熱ローラ端部の縦断面形状が円形である構成よりも、加熱ローラの端部におけるたわみによる変形を小さくすることができるといった利点もある。
【００３４】
これにより、スプライン形状のように複雑な加工を行うことなく容易に加熱ローラと軸受との接触面積を削減して、軸受を介しての熱の逃げを抑えることができると共に、薄肉の加熱ローラのたわみ変形を効果的に抑制してさらなる薄肉化も図り得る、薄肉定着に好適な定着装置を提供することができるといった効果を奏する。
【００３５】
本発明の第２の定着装置においては、さらに、上記加熱ローラは、端部近傍の剛性が周方向に不均一とされることで形成されていることを特徴とすることもできる。
【００３６】
これによれば、上記した加熱ローラ、つまり、加圧ローラからの加圧を受けない状態での端部の縦断面形状が、角に丸みがついた略多角形形状なす加熱ローラを容易に得ることができる。
【００３７】
本発明の画像形成装置は、上記課題を解決するために、上記した本発明の定着装置を備えたことを特徴としている。
【００３８】
本発明の定着装置は、前述したように、スプライン形状のように複雑な加工を行うことなく容易に加熱ローラと軸受との接触面積を削減して、軸受を介しての熱の逃げを抑えることができると共に、薄肉の加熱ローラのたわみ変形を効果的に抑制してさらなる薄肉化も図り得る、薄肉定着に好適な定着装置であるの、このような定着装置を備えることで、省電力化でありながら待機時からの立ち上がりの速い画像形成装置を得ることができる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
〔第１の実施の形態〕
本発明の実施の一形態について図１ないし図７に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００４０】
本実施の形態の定着装置は、図２に示すように、内部に熱源３を有する中空の加熱ローラ１と、この加熱ローラ１に所定の力で圧接されている加圧ローラ２とを有しており、これら対を成すこれらのローラ１・２間に未定着のトナー像が転写された用紙Ｓを通過させることで、トナー像を形成しているトナーを溶融して用紙Ｓ上に固着するようになっている。
【００４１】
図３（ａ）（ｂ）に定着装置の概観を示す。定着装置は、内部に上記加熱ローラ１を有する上ユニット５と、内部に上記加圧ローラ２を有する下ユニット６とからなり、上ユニット５と下ユニット６とが連結されることで、下ユニット６内の加圧ローラ２が上ユニット５内の加熱ローラ１に圧接されるようになっている。
【００４２】
そして、定着装置は、前述したように、加熱ローラ１が薄肉に形成され、省電力化のために待機時における加熱ローラ１の温度を低く設定しても、薄肉化による蓄熱量の少なさで、短時間に規定の定着温度に立ち上げられるようになっている。
【００４３】
このような薄肉の加熱ローラ１としては、従来、肉厚１．０ｍｍ程度のアルミ製のローラが広く用いられていたが、ここでは、アルミ製ローラに変えて、肉厚０．２５ｍｍの鉄製ローラが用いられている。このような加熱ローラ１は、加圧ローラ２が圧接されることで圧接方向にたわみ変形する。
【００４４】
図４（ａ）〜（ｃ）を用いて、上ユニット５への加熱ローラ１の取り付けについて説明する。加熱ローラ１は、上ユニット５の一構成部材である上ユニット部材５ａに取り付けられた軸受１０・１０にその両端部が回動自在に軸止されている。加熱ローラ１の片側端部には、軸受１０よりもさらに端部側に駆動ギア１１が嵌着されており、加熱ローラ１は該駆動ギア１１の駆動力で回転駆動されるようになっている。
【００４５】
ここまでの構成は、従来の定着装置と何ら変わりない。本発明の定着装置における注目すべき構成は、たわみ変形する加熱ローラ１と各軸受１０との嵌合部分にあり、各軸受１０の加熱ローラ１と接触する内側部１０ａが、加熱ローラ１が付勢される側で、加熱ローラ１と少なくとも２つの平面で接触する点である。なお、加熱ローラ１と接触する少なくとも２つの平面を、加熱ローラ側に凸をなす曲面としてもよい。
【００４６】
図１に、加熱ローラ１における軸受嵌合部分を軸方向に垂直な方向より見た断面における、軸受１０の内側部１０ａの断面ラインを破線２０にて、加熱ローラ１の外周部の断面ラインを実線２１にて示す。また、軸受１０の内側部１０ａに内接する内接円を一点鎖線２２にて併せて示す。
【００４７】
加熱ローラ１は、加圧ローラ２からの加圧により付勢され、加圧ローラ２が配設されている側とは反対側で軸受１０の内側部１０ａにおける平面１２・１２に当接することで、圧接方向に撓んで楕円形状となっている。なお、図においては、加圧ローラ２からの加圧力を受けない状態での加熱ローラ１の直径を１として、たわみ変形して楕円形状となった加熱ローラ１の短軸及び長軸を正規化している。
【００４８】
上記軸受１０の内側部に形成された上記平面１２・１２は、加圧ローラ２が加熱ローラ１に接触する接触部位中央Ｐと加熱ローラ１の回動中心Ｑとを結んだ線分に対して線対称となるように配設されている。また、軸受１０と加熱ローラ１との接触部位１３で示している。そして、一点鎖線２２よりわかるように、軸受１０における内側部１０ａの内接円は、加熱ローラ１の直径の１．２５倍の直径を有するように形成されている。
【００４９】
このような軸受嵌合部の構成とすることで、以下のような作用を奏する。
【００５０】
まず、加熱ローラ１がたわみ変形することで、図１に示すように、加圧ローラ２が配されている側（図において下側）においては、加熱ローラ１と軸受１０の内側部とは接触しなくなる。これによって、変形といった不具合はあるものの、従来の撓まない構成に比べて、加熱ローラ１と軸受１０との接触面積を減らすことができるといった利点がある。
【００５１】
しかしながら、一点鎖線２２を見るとわかるように、軸受内側部の縦断面形状が円形である場合など、加熱ローラ１が付勢される側の軸受内側部がこの一点鎖線２２にて示されるような曲面である場合は、加熱ローラ１はその曲面に沿って変形するため、加圧ローラ２の配置側で接触しなくとも、反対側の付勢される側において広い面積で接触することとなる。
【００５２】
これに対し、本実施の形態における軸受１０の場合、加熱ローラ１が付勢される側で加熱ローラ１と平面１２・１２とが接触するので、加熱ローラ１が付勢される側での加熱ローラ１と軸受１０の内側部１０ａとの接触は、接触部１３にて示すように部分的なものとなり、軸受内側部が曲面である円形軸受の場合のように、広い面積で接触することがない。
【００５３】
したがって、加熱ローラ１端部における軸受１０との接触面積をさらに減らすことができ、軸受１０を介しての熱の逃げを一層抑えることができる。そして、このような軸受１０の加工は、軸受内側部或いは加熱ローラ端部の外周をスプライン形状等とする加工に比べて容易である。
【００５４】
また、付勢された加熱ローラ１と軸受１０との接触が複数平面１２・１２で部分的に行われる構成は、加熱ローラ１が付勢される側の軸受１０の内側部１０ａが曲面である構成よりも、加熱ローラ１の端部におけるたわみによる変形を小さくすることができるといった利点もある。
【００５５】
詳細に説明すると、図５（ａ）（ｂ）に示すようなモデルを用いて、円に加圧ローラ２の接触部位中央Ｐに相当する点Ｐより、加熱ローラ１の回転中心Ｑに相当する点Ｑに向かうベクトルＰＱで表される方向にかかった荷重Ｗを、点Ｐより点Ｑ中心に時計回り及び反時計周りに角度βだけ回転させた円上の点Ｒ・ＲにＷ／２づつ分散して受けた場合と、ベクトルＰＱで表される方向にかかった荷重Ｗを、点Ｐより点Ｑ中心に１８０度回転させた円上の点Ｍにて受けた場合とで、円の変形量を求めた。
【００５６】
図５（ａ）の２点荷重のモデルの変化量算出式（１）、図５（ｂ）の一点荷重のモデルの変化量算出式（２）を以下に示す。
【００５７】
【数１】
2005055511.tif 000004
【００５８】
Ｄｘ：ｘ軸方向の変化量
Ｄｙはｙ軸方向の変化量
Ｗ：荷重
Ｅ：縦弾性係数
ｒ：円の半径
Ｉ：断面２次モーメント
図６にその結果を示す。図６では、図５（ｂ）の荷重Ｗを１点で受けるモデルの短軸方向（ｘ軸方向）の直径変化量を１として、図５（ａ）の２点で荷重Ｗを受ける場合の短軸方向の直径変化を正規化して示している。
【００５９】
これより、上記角度βを９０度よりも大きく、１６５度以下の範囲とすることで、加熱ローラ１端部の変形を低減することが可能となることがわかる。詳細には、１６５度以下とすることで、２点荷重とすることによる変形抑制の効果が出始め、角度βを１４０度以下とすることにより、加熱ローラ１端部の変形を７５％以下にすることができ、１１５度以下とすることでは、加熱ローラ１端部の変形を最小値の５０％程度とできることがわかる。
【００６０】
また、本実施の形態では、加熱ローラ１を肉厚０．２５ｍｍの鉄製ローラとしたが、このような加熱ローラ１のたわみ変形を積極的に利用する本発明の場合、加熱ローラ１としては、肉厚０．５ｍｍ以下とすれば効果的である。
【００６１】
つまり、加熱ローラにおける熱容量のさらなる低減を考え、５０％以上の熱容量削減を図るためには、肉厚を０．５０ｍｍ以下としたい。しかしながら、アルミにおいて肉厚を０．５程度に変更すると変形量は８倍になってしまいこれでは使用できない。
【００６２】
一方、たわみ変形量（楕円変形量）は、加熱ローラの周方向の断面２次モーメントＩ、加熱ローラの縦弾性係数Ｅの積である、Ｅ・Ｉとは反比例する関係にあり、また、軸方向の単位長さ当りの断面２次モーメントＩは、Ｉ＝ｈ＾３／１２で表され、肉厚ｔの３乗に比例する。
【００６３】
そこで、変形量を低減するために縦弾性係数Ｅの大きな材質に変更することを考えた、その場合、アルミ（６．３×１０３    Ｋｇ／ｍｍ２）より縦弾性係数Ｅの大きな金属としてはタングステン、チタン、鉄、モリブデンが上げられた。しかしながら、加熱ローラに用いること、加工性、コスト等を考慮すると実用に適した金属としては、鉄（２０×１０＾３  Ｋｇ／ｍｍ＾２）とニッケル（２１×１０３Ｋｇ／ｍｍ＾２）に絞られる。鉄、もしくはニッケルであっても、０．５ｍｍの変形量は肉厚１ｍｍのアルミに対して２．５倍となってしまう。
【００６４】
したがって、加熱ローラのたわみ変形を積極的に利用する本発明の場合、加熱ローラの肉厚としては、従来の２倍（正確には２．５倍）以上たわみ変形する、０．５ｍｍ以下とすることが適している。
【００６５】
以上のように、本実施の形態の定着装置では、加熱ローラ１のたわみ変形を利用すると共に、軸受１０では、内側部１０ａにおける加熱ローラ１が付勢される側を少なくとも２つの、平面或いは加熱ローラ１側に凸をなす曲面として平面あるいは逆曲面で受けるようになっているので、スプライン形状のように複雑な加工を行うことなく、また、加熱ローラ１のたわみ変形による効果も含めて、容易に加熱ローラ１端部における各軸受１０との接触面積を削減して、加熱ローラ１端部より軸受１０を介して失う熱を抑えることができる。しかも、該構成により、薄肉の加熱ローラ１のたわみ変形量を効果的に抑制することができるのでさらなる薄肉化も可能となる。
【００６６】
なお、図１では、各軸受１０を加熱ローラ１の全周を覆うリング状（詳細には変形リング状）としているが、含油軸受等の摺動軸受とした場合、加熱ローラ１が付勢される側の図１において上半分の構成であっても問題なく、例えば軸受内側部の縦断面形状がＶ字形状の軸受としてもよい。但し、組み立て作業時の作業性を考慮すると、全周を覆うリング状とすることが扱い易く望ましい。
【００６７】
また、図７に示すように、軸受内周部の縦断面形状が多角形（ここでは六角形）である構成としてもよい。図７は、前述の図１に相当するもので、図２を用いて説明すれば、加熱ローラ１における軸受嵌合部分を軸方向に垂直な方向より見た断面における、多角軸受の内側部の断面ラインを破線６０にて、加熱ローラの外周部の断面ラインを実線６１にて示す。また、多角軸受の内側部に内接する内接円を一点鎖線６２にて併せて示す。
【００６８】
このような多角軸受の場合、一点鎖線６２にて示す内接円の直径を、加熱ローラが、加圧ローラからの加圧を受けない状態で、熱源にて加熱された状態の、加熱ローラ端部の外径（直径）よりも大きく形成しておくことが好ましい。
【００６９】
加圧ローラの加圧力にて加熱ローラの外形が変形しても、多角形軸受の内接円の直径が、加圧ローラからの加圧を受けることなく加熱された状態の加熱ローラ端部の外径と同等であれば加熱ローラの回転に支障をきたすことはない。しかしながら、上記内接円の直径と上記加熱ローラ端部の外径とが同等であると、暖められた加熱ローラは軸受内側部に沿うように変形してしまい、接触面積が急激に増加するといった不具合が生じる。これに対し、上記内接円の直径を、上記加熱ローラ端部の外径よりも大きく形成しておくことで、このような不具合を確実に回避することができる。
【００７０】
〔実施の形態２〕
本発明の他の実施の形態について図８ないし図９に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態として述べる以外の構成は、前記実施の形態１と同じである。したがって、説明の便宜上、前記の実施の形態１の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００７１】
実施の形態１では、加熱ローラ１の端部に嵌合される軸受１０側を工夫していた。これに対し、本実施の形態では、軸受は内側部円形の円形軸受とし、加熱ローラの形状を多角形としている。なお、定着装置の構成や概観等は実施の形態１の定着装置と同じであるので、ここでは、軸受嵌合部の構成のみ説明する。
【００７２】
加熱ローラが加圧ローラによる加圧で圧接方向にたわみ変形することは同じであるが、図８に示すように、加熱ローラ７１の端部は、加圧ローラからの加圧を受けない状態で、縦断面形状が角に丸みがついた略多角形形状、ここでは略正三角形形状となっている。図において７２は、このような加熱ローラ７１端部の外接円であり、円形軸受の内側部の縦断面ラインである。
【００７３】
実施の形態１と同様に、円形軸受であっても、加熱ローラがたわむと、加圧ローラが配されている側においては加熱ローラ７１と軸受内側部とは接触しなくなるので、これによって、加熱ローラと軸受との接触面積を減らすことができるが、加熱ローラ端部の縦断面形状が円形である場合、加熱ローラ端部は軸受内側部の曲面に沿って変形するため、加圧ローラの配置側で接触しなくとも、その他の部分で広い面積で接触することとなる。
【００７４】
これに対し、上記構成では、加圧ローラの加圧を受けない状態での加熱ローラ７１端部の縦断面形状を、角に丸みがついた略多角形形状としているので、加熱ローラ７１端部は曲面をなす円形軸受の内側部と丸みを帯びた角部で接触しなら変形していくので、加熱ローラ端部の縦断面形状が円形である場合のように、広い面積で接触することがない。
【００７５】
したがって、加熱ローラ７１端部における軸受との接触面積をさらに減らすことができ、軸受を介しての熱の逃げを一層抑えることができる。そして、このような加熱ローラ７１端部の縦断面形状を略多角形状とする加工は、軸受内側部或いは加熱ローラ端部の外周をスプライン形状等とする加工に比べて容易である。
【００７６】
また、付勢された加熱ローラ７１と軸受との接触が加熱ローラ７１端部の角部を中心に部分的に行われる構成は、加熱ローラ端部の縦断面形状が円形である構成よりも、加熱ローラの端部におけるたわみによる変形を小さくすることができるといった利点もある。
【００７７】
これにより、スプライン形状のように複雑な加工を行うことなく容易に加熱ローラと軸受との接触面積を削減して、軸受を介しての熱の逃げを抑えることができると共に、薄肉の加熱ローラのたわみ変形を効果的に抑制してさらなる薄肉化も図り得る、薄肉定着に好適な定着装置を提供することができるといった効果を奏する。
【００７８】
なお、ここでは円形軸受を加熱ローラ７１の全周を覆うリング状としているが、加熱ローラ７１が常時加圧ローラの加圧力で付勢されていることを考慮すれば、加圧ローラが圧接されている側を除いて２４０度以上あれば、全周を確保しなくとも軸受として問題なく機能する。但し、この場合も、組み立て作業時の作業性を考慮すると、全周を覆うリング状とすることが扱い易く望ましい。
【００７９】
このような略多角形形状の加熱ローラ７１は、図９（ａ）（ｂ）に示すように、加熱ローラ７１の端部近傍に、切り欠き溝７５や、パンチ穴７６を設けるなどして剛性を周方向において不均一とすることで容易に得ることができる。例えば、切り込み７５やパンチ穴７６を、周方向に１２０度ごとの間隔で３箇所形成することで、上記した略正三角形の加熱ローラ７１を得ることができる。切り込み７５やパンチ穴７６が形成された部分は、剛性が低下するので他の部分よりも曲がり易くなって、丸みを帯びた角部となる。
【００８０】
なお、このような定着装置の構成が効果を奏する加熱ローラ７１の肉厚等は、実施の形態１の場合と同じである。
【００８１】
最後に、実施の形態１，２で説明した本発明に係る定着装置が備えられるのに好適な画像形成装置の一例として、デジタル複写機３０について説明する。
【００８２】
図１０に示すように、デジタル複写機３０本体は大きく分けてスキャナ部３１と、レーザー記録部３２から構成されている。スキャナ部３１は、両面対応自動原稿送り装置（ＲＡＤＦ）３６、及び透明ガラスからなる原稿載置台３５上に載置された原稿の画像を走査して読み取るための原稿画像読み取りユニット、すなわちスキャナユニット４０から構成されている。両面対応自動原稿送り装置３６は、原稿載置台３５における自動原稿送り読取のための領域上に自動的に原稿を供給搬送するものである。スキャナ部３１にて読み取られた原稿画像は、画像データとして画像データ入力部へと送られ、画像データに対して所定の画像処理が施されることとなる。
【００８３】
上記ＲＡＤＦ３６には、備えられた図示しない原稿トレー上に複数枚の原稿を一度にセットしておき、セットされた原稿を１枚ずつ自動的にスキャナユニット４０の原稿載置台３５上へ給送する装置である。またＲＡＤＦ３６は、オペレーターの選択に応じて原稿の片面または両面をスキャナユニット４０に読み取らせるように、片面原稿のための搬送経路、両面原稿のための搬送経路、搬送経路切り換え手段、各部を通過する原稿の状態を把握し管理するセンサー群、および制御部などから構成されている。このＲＡＤＦ３６については、従来から多くの出願、商品化がなされているので、これ以上の説明は省略する。
【００８４】
原稿載置台３５上の原稿の画像を読み取るためのスキャナ部３１を構成するスキャナユニット４０は、原稿面上を露光するランプリフレクターアセンブリ４１と、原稿からの反射光像を光電変換素子（ＣＣＤ）に導くための原稿からの反射光を反射する第１の反射ミラー４２ａを搭載してなる第１の走査ユニット４０ａ、また第１の反射ミラーユニット４０ａからの反射光像を光電変換素子（ＣＣＤ）に導くための第２、第３反射ミラー４２ｂ、４２ｃを搭載してなる第２の走査ユニット４０ｂ、原稿からの反射光像を上述した各反射ミラーを介して電気的画像信号に変換する素子（ＣＣＤ）上に結像させるための光学レンズ４３、および原稿からの反射光像を電気的画像信号に変換する上述したＣＣＤ素子４４から構成される。
【００８５】
スキャナ部３１は、上記ＲＡＤＦ３６とスキャナユニット４０の関連した動作により、原稿載置台３５上に読み取るべき原稿を順次載置させながら、原稿載置台３５の下面に沿ってスキャナユニット４０を移動させて原稿画像を読み取るように構成されている。
【００８６】
特に第１走査ユニット４０ａは、原稿載置台に沿って左から右へと一定速度Ｖで走行され、また第２走査ユニット４０ｂは、その速度Ｖに対してＶ／２の速度で同一方向に平行に走査制御される。これにより、原稿載置台３５上に載置された原稿の画像を１ライン毎に順次ＣＣＤ素子４４へと結像させて画像を読み取ることとなる。
【００８７】
原稿画像をスキャナユニット４０にて読み取ることにより得られた画像データは、画像処理部へ送られ、各種処理が施された後、画像処理部のメモリーに一旦記憶され、出力指示に応じてメモリー内の画像を読み出してレーザープリンタ部３２に転送して記録用紙上に画像を形成させる。
【００８８】
このレーザープリンタ部３２は画像を形成させるための記録材である用紙の搬送系、レーザー書き込みユニット４６、および画像を形成するための電子写真プロセス部４８を備えている。
【００８９】
レーザー書き込みユニット４６は、上述したスキャナユニット４０にて読み取った後のメモリーから読み出した画像データ、または外部の装置から転送されてきた画像データに応じてレーザー光を出射する半導体レーザー光源、レーザー光を等角速度偏向するポリゴンミラー、等角速度で偏向されたレーザー光が電子写真プロセス部４８を構成する感光体ドラム上で等角速度で偏向されるように補正するｆ−θレンズなどを有している。上記電子写真プロセス部４８は、周知である感光体ドラム４７の周囲に帯電器、現像器、転写器、剥離器、クリーニング器、除電器を備えている。
【００９０】
一方、用紙の搬送系は、上述した画像形成を行う電子写真プロセス部４８の特に転写器が配置された転写位置へと用紙を搬送する搬送部３３、該搬送部３３へと用紙を送り込むためのカセット給紙装置５０、転写後の用紙に形成された画像、特にトナー像を定着するための本発明に係る定着装置４９、定着後の用紙の裏面に再度画像を形成するために用紙を再供給するための再供給経路５５・５６とを備えている。
【００９１】
また、定着装置４９の下流側には、画像が記録された用紙を受け取り、この用紙に対して所定の処理を施す後処理装置３４が配置されている。
【００９２】
レーザー書き込みユニット４６及び電子写真プロセス部４８において、画像メモリーから読み出された画像データは、レーザー書き込みユニット４６によってレーザー光線を走査させることにより感光体ドラム４７の表面上に静電潜像として形成され、トナーにより可視像化されたトナー像はカセット供給装置５０のいずれかの給紙部５１・５２・５３から搬送された用紙の面上に静電転写され定着装置４９で定着される。このようにして画像が形成された用紙は定着装置４９から排紙ローラ５７を経由して後処理装置３４へと搬送される。
【００９３】
なお、本発明に係る定着装置が搭載される画像形成装置は、このような電子写真プロセスを用いた構成に限られるものではなく、例えば、インクジェットプリンタに搭載することもできる。
【００９４】
なお、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的手段に含まれる。
【００９５】
【発明の効果】
本発明の第１の定着装置は、以上のように、加圧ローラが圧接されると共に熱源により加熱される中空の加熱ローラと、該加熱ローラの端部を回動自在に軸支する軸受とを具備する画像形成装置の定着装置において、上記加熱ローラは、上記加圧ローラが圧接されることで圧接方向にたわみ変形し、かつ、上記軸受は、上記加熱ローラが付勢される側の内側部で、上記加熱ローラと少なくとも２つの、平面或いは加熱ローラ側に凸をなす曲面で接触するように形成されていることを特徴としている。
【００９６】
薄肉定着で用いられる薄肉の加熱ローラは、加圧ローラによる加圧にて加圧方向（付勢方向）にたわむ、たわみ変形を生じやすいことは既に説明した。加熱ローラがたわむと、加圧ローラが配されている側においては加熱ローラと軸受内側部とは接触しなくなるので、これによって、加熱ローラと軸受との接触面積を減らすことができる。
【００９７】
加えて、上記構成では、軸受は、内側部における加熱ローラが付勢される側で、少なくとも２つの、平面或いは逆曲面で接触する構成としているので、加熱ローラが付勢される側での加熱ローラと軸受内側部との接触は部分的なものとなり、軸受内側部が曲面である場合のように、広い面積で接触することがない。
【００９８】
したがって、加熱ローラと軸受との接触面積をさらに減らすことができ、軸受を介しての熱の逃げを一層抑えることができる。そして、このような軸受の加工は、軸受内側部或いは加熱ローラ端部の外周をスプライン形状等とする加工に比べて容易である。
【００９９】
また、付勢された加熱ローラと軸受との接触が２面以上の平面或いは逆曲面で部分的に行われる構成は、加熱ローラが付勢される側の軸受内側部が曲面である構成よりも、加熱ローラの端部におけるたわみによる変形を小さくすることができるといった利点もある。
【０１００】
これにより、スプライン形状のように複雑な加工を行うことなく容易に加熱ローラと軸受との接触面積を削減して、軸受を介しての熱の逃げを抑えることができると共に、薄肉の加熱ローラのたわみ変形を効果的に抑制してさらなる薄肉化も図り得る、薄肉定着に好適な定着装置を提供することができるといった効果を奏する。
【０１０１】
本発明の第１の定着装置においては、さらに、上記軸受における内側部の軸方向に垂直な方向の断面形状が略多角形形状であり、該多角形の内接円の直径が、上記加圧ローラからの加圧を受けることなく加熱された状態の上記加熱ローラの端部外径よりも大きいことを特徴とすることもできる。
【０１０２】
加圧ローラの加圧力にて加熱ローラの外形が変形しても、軸受内側部の縦断面形状である略多角形の内接円の直径が、加圧ローラからの加圧を受けることなく加熱された状態の加熱ローラ端部の外径と同等であれば加熱ローラの回転に支障をきたすことはない。
【０１０３】
しかしながら、上記内接円の直径と上記加熱ローラ端部の外径とが同等であると、暖められた加熱ローラは軸受内側部に沿うように変形してしまい、接触面積が急激に増加するといった不具合が生じる。
【０１０４】
そこで、このように上記内接円の直径を、上記加熱ローラ端部の外径よりも大きく形成しておくことで、このような不具合を確実に回避することができる。
【０１０５】
本発明の第１の定着装置においては、さらに、上記軸受と上記加熱ローラとが、上記加熱ローラにおける軸方向に垂直な方向の断面から見て、上記加圧ローラが加熱ローラに接触している接触部位中央から加熱ローラの回動中心周りに１６５度以下の範囲で接触していることを特徴とすることもできる。
【０１０６】
軸受と加熱ローラとの接触部位を加圧ローラの圧接位置（接触部位中央）から加熱ローラの回動中心周りに１６５度以下とすることにより、加熱ローラ端部の変形を低減することが可能となる。
【０１０７】
この場合、より望ましくは回動中心周りの同角度を１４０度以下にすることであり、加熱ローラ端部の変形を７５％以下にすることができる。さらに望ましくは、１１５度以下にすることであり、加熱ローラ端部の変形を最小値の５０％にすることができる。
【０１０８】
本発明の第２の定着装置は、以上のように、加圧ローラが圧接されると共に熱源により加熱される中空の加熱ローラと、該加熱ローラの端部を回動自在に軸支する軸受とを具備する画像形成装置の定着装置において、上記加熱ローラは、上記加圧ローラが圧接されることで圧接方向にたわみ変形し、かつ、該加熱ローラの端部は、上記加圧ローラからの加圧を受けない状態での軸方向に垂直な方向の断面形状が、角に丸みがついた略多角形形状を有していることを特徴としている。
【０１０９】
薄肉定着で用いられる薄肉の加熱ローラは、加圧ローラによる加圧にて加圧方向（付勢方向）にたわむ変形を生じやすいことは既に説明した。加熱ローラがたわむと、加圧ローラが配されている側においては加熱ローラと軸受内側部とは接触しなくなるので、これによって、加熱ローラと軸受との接触面積を減らすことができる。
【０１１０】
加えて、上記構成では、加圧ローラの加圧を受けない状態での上記加熱ローラ端部の縦断面形状を、角に丸みがついた略多角形形状としているので、加熱ローラ端部は曲面をなす軸受内側部と丸みを帯びた角部で接触しながら変形していくので、加熱ローラ端部の縦断面形状が円形である場合のように、広い面積で接触することがない。
【０１１１】
したがって、加熱ローラと軸受との接触面積をさらに減らすことができ、軸受を介しての熱の逃げを一層抑えることができる。そして、このような加熱ローラ端部の縦断面形状を略多角形状とする加工は、軸受内側部或いは加熱ローラ端部の外周をスプライン形状等とする加工に比べて容易である。
【０１１２】
また、付勢された加熱ローラと軸受との接触が加熱ローラ端部の角部を中心に部分的に行われる構成は、加熱ローラ端部の縦断面形状が円形である構成よりも、加熱ローラの端部におけるたわみによる変形を小さくすることができるといった利点もある。
【０１１３】
これにより、スプライン形状のように複雑な加工を行うことなく容易に加熱ローラと軸受との接触面積を削減して、軸受を介しての熱の逃げを抑えることができると共に、薄肉の加熱ローラのたわみ変形を効果的に抑制してさらなる薄肉化も図り得る、薄肉定着に好適な定着装置を提供することができるといった効果を奏する。
【０１１４】
本発明の第２の定着装置においては、さらに、上記加熱ローラは、端部近傍の剛性が周方向に不均一とされることで形成されていることを特徴とすることもできる。
【０１１５】
これによれば、上記した加熱ローラ、つまり、加圧ローラからの加圧を受けない状態での端部の縦断面形状が、角に丸みがついた略多角形形状なす加熱ローラを容易に得ることができる。
【０１１６】
本発明の画像形成装置は、上記課題を解決するために、上記した本発明の定着装置を備えたことを特徴としている。
【０１１７】
本発明の定着装置は、前述したように、スプライン形状のように複雑な加工を行うことなく容易に加熱ローラと軸受との接触面積を削減して、軸受を介しての熱の逃げを抑えることができると共に、薄肉の加熱ローラのたわみ変形を効果的に抑制してさらなる薄肉化も図り得る、薄肉定着に好適な定着装置であるの、このような定着装置を備えることで、省電力化でありながら待機時からの立ち上がりの速い画像形成装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態を示すもので、定着装置に備えられた加熱ローラ端部の軸受嵌合部分における、軸受内側部の縦断面ライン、加熱ローラ外周の縦断面ラインを示す説明図である。
【図２】上記定着装置の内部構成を示す説明図である。
【図３】（ａ）は上記定着装置の概観を示す斜視図であり、（ｂ）は定着装置を構成する上下各ユニットの着脱を示す斜視図である。
【図４】（ａ）は上ユニットとこれに取り付けられている加熱ローラとを説明する斜視図であり、（ｂ）（ｃ）は、加熱ローラ端部の構成を示す斜視図である。
【図５】（ａ）（ｂ）共に、荷重のかかる位置に違いによる楕円変形量の違いを求めるためのモデル図である。
【図６】２点荷重の場合の中心周りの接触角βに対する、２点荷重の場合の楕円変化量を一点荷重の場合の楕円変化量で正規化した値を示すグラフである。
【図７】本発明の実施の一形態の変形例を示すもので、定着装置に備えられた加熱ローラ端部の軸受嵌合部分における、軸受内側部の縦断面ライン、加熱ローラ外周の縦断面ラインを示す説明図である。
【図８】本発明の実施の他の形態を示すもので、定着装置に備えられた加熱ローラ端部の軸受嵌合部分における、軸受内側部の縦断面ライン、加熱ローラ外周の縦断面ラインを示す説明図である。
【図９】角に丸みを帯びた縦断面が略多角形をなす加熱ローラを容易に得る方法を示す説明図である。
【図１０】上記した各実施の形態の定着装置が搭載された画像形成装置の一例であるデジタル複写機の構成図である。
【符号の説明】
１  加熱ローラ
２  加圧ローラ
３  熱源
１０  軸受
１０ａ  内側部
１２  平面
３０  デジタル複写機（画像形成装置）
７１  加熱ローラ
７２  内側部の縦断面ライン
【図１】
2005055511.tif 000005
【図２】
2005055511.tif 000006
【図３】
2005055511.tif 000007
【図４】
2005055511.tif 000008
【図５】
2005055511.tif 000009
【図６】
2005055511.tif 000010
【図７】
2005055511.tif 000011
【図８】
2005055511.tif 000012
【図９】
2005055511.tif 000013
【図１０】
2005055511.tif 000014